高转速高炉煤气能量回收透平的设计方法及高转速透平技术

本发明专利技术涉及一种高转速高炉煤气能量回收透平的设计方法、高转速高炉煤气能量回收透平以及工业拖动同轴机组系统，以解决现有的高炉煤气能量回收透平通过增速装置连接拖动机组，传递效率低、传递能量损失大，透平机型较大，生产成本较高，而新的高转速高炉煤气能量回收透平设计过程较为复杂，且设计周期较长，无法满足快速市场需求的问题。设计方法包括根据透平进排气参数核算总理想焓降，并计算透平单级理想焓降h

【技术实现步骤摘要】
高转速高炉煤气能量回收透平的设计方法及高转速透平
本专利技术涉及一种高转速高炉煤气能量回收透平的设计方法、高转速高炉煤气能量回收透平以及工业拖动同轴机组系统。
技术介绍
高炉煤气能量回收透平应用于工业拖动同轴机组中，因其转速较拖动机组低，需要通过增速装置与拖动机组连接。现有的高炉煤气能量回收透平转速固定为3000r/min，通过增速装置连接拖动机组，存在能量传递效率低、传递能量损失大等问题；此外，高炉煤气能量回收透平转速低会导致透平机型较大，生产成本较高。为进一步提高传递效率，降低机组成本，需要设计高转速高炉煤气能量回收透平，但目前尚无成熟的高转速高炉煤气能量回收透平方案，且针对新的高转速高炉煤气能量回收透平，一般传统的设计方法需要根据设计条件进行多项参数同步调整，参数间相互影响、反复迭代，设计过程较为复杂，且设计周期较长，无法满足快速市场需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有的高炉煤气能量回收透平通过增速装置连接拖动机组，传递效率低、传递能量损失大，透平机型较大，生产成本较高，而新的高转速高炉煤气能量回收透平设计过程较为复杂，且设计周期较长，无法满足快速市场需求的问题，而提供了一种高转速高炉煤气能量回收透平的设计方法、高转速高炉煤气能量回收透平以及工业拖动同轴机组系统。本专利技术所采用的技术方案是：一种高转速高炉煤气能量回收透平的设计方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：1)根据透平进排气参数核算总理想焓降，并计算透平单级理想焓降hs；1.1)根据给定的透平进排气参数，通过商业物性软件查询透平总理想焓降Hs；1.2)选取透平级数z＝1或z＝2，并根据下式计算透平单级理想焓降hs；式中：α为透平重热系数，取值范围为0～0.04；Hs为步骤1.1)所得透平总理想焓降；2)确定透平轮毂直径d；2.1)根据下式计算透平静叶出口速度c1；式中：hs为步骤1.2)所得透平单级理想焓降；Ω为叶型反动度，0≤Ω＜1；为进口速度系数，取值范围为0.9～1；2.2)根据下式计算轮毂平均直径dm；式中：n为透平的设计转速范围，取值间隔为30～50r/min；u为透平圆周速度，其中，c1为步骤2.1)所得透平静叶出口速度；α1为静叶出口气流角度，取值范围为18～22°；Ω是叶型反动度，0≤Ω＜1；2.3)根据以下两式计算轮毂直径d；d＝dm-lA＝π(l2+dl)式中：dm为步骤2.2)所得轮毂平均直径；l为动叶高度；A为轮毂直径d与动叶高度l组成的环形通道面积；反复调整d和l的取值，直至A满足透平的进排气参数要求；2.4)根据n的取值范围和取值间隔，重复步骤2.2、2.3计算所对应的轮毂直径d取值范围，并对d值进行微调取整；3)根据所选级数z，在轮毂直径d的取值范围内，核算高转速高炉煤气能量回收透平的最终轮毂直径和其他设计参数。一种高转速高炉煤气能量回收透平，采用上述设计方法进行设计，其特殊之处在于：所述透平级数、轮毂平均直径dm以及设计转速范围n之间满足以下要求：透平级数为1级时，透平级数为2级时，进一步地，所述透平为1级透平，其转速范围与所对应的轮毂直径范围为：当转速范围为3600～3800r/min时，轮毂直径范围为1150～1300mm；当转速范围为4100～4300r/min时，轮毂直径范围为1000～1150mm；当转速范围为4500～4650r/min时，轮毂直径范围为900～1050mm；当转速范围为5100～5300r/min时，轮毂直径范围为800～900mm；当转速范围为5650～5950r/min时，轮毂直径范围为700～800mm；当转速范围为6300～6500r/min时，轮毂直径范围为600～700mm；当转速范围为7100～7300r/min时，轮毂直径范围为500～600mm；当转速范围为7800～8300r/min时，轮毂直径范围为450～550mm。进一步地，所述透平为2级透平，其转速范围与所对应的轮毂直径范围为：当转速范围为3600～3800r/min时，轮毂直径范围为850～950mm；当转速范围为4100～4300r/min时，轮毂直径范围为700～800mm；当转速范围为4500～4650r/min时，轮毂直径范围为630～760mm；当转速范围为5100～5300r/min时，轮毂直径范围为550～630mm；当转速范围为5650～5950r/min时，轮毂直径范围为450～560mm；当转速范围为6300～6500r/min时，轮毂直径范围为400～500mm；当转速范围为7100～7300r/min时，轮毂直径范围为350～450mm；当转速范围为7800～8300r/min时，轮毂直径范围为300～400mm。一种工业拖动同轴机组系统，其特殊之处在于：包括拖动机组以及上述高转速高炉煤气能量回收透平；所述高转速高炉煤气能量回收透平与拖动机组直连，且透平转速范围为3600～8300r/min。本专利技术相比现有技术的有益效果是：(1)本专利技术提供的高转速高炉煤气能量回收透平的设计方法，综合透平相关原理及设计经验，进行公式调整拟合，将透平原始输入参数与关键输出参数d、l等直接关联，仅需几次调整即可快速计算出结果，设计过程相对简单，设计周期相对较短，能够快速响应市场；(2)通过本专利技术提供的设计方法设计的高转速高炉煤气能量回收透平机型较小，重量轻，生产成本可降低5～10％；(3)本专利技术提供的高转速高炉煤气能量回收透平转速覆盖3600～8300r/min，可适用于不同转速的拖动机组，简化了机组配制，有效提高了能量回收利用效率；(4)本专利技术提供的工业拖动同轴机组系统，透平可与拖动机组直连，无需使用增速装置，系统能量传递效率高、传递能量损失较小。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供的一种高转速高炉煤气能量回收透平的设计方法，针对不同拖动机组的转速范围，结合透平基本原理及设计经验，可快速进行机组关键参数设计，其主要包括以下步骤：1)根据透平进排气参数核算总理想焓降，并计算透平单级理想焓降hs；1.1)根据给定的透平进排气参数，通过商业物性软件即可查询透平总理想焓降Hs，常用的商业物性软件有NIST、ComponentPlus等；1.2)选取透平级数z＝1或z＝2，并根据下式计算透平单级理想焓降hs；式中：α为透平重热系数，取值范围为0～0.04；Hs为步骤1.1)所得总理想焓降；2)确定透平轮毂直径d；2.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高转速高炉煤气能量回收透平的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)根据透平进排气参数核算总理想焓降，并计算透平单级理想焓降h

【技术特征摘要】
1.一种高转速高炉煤气能量回收透平的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据透平进排气参数核算总理想焓降，并计算透平单级理想焓降hs；
1.1)根据给定的透平进排气参数，通过商业物性软件查询透平总理想焓降Hs；
1.2)选取透平级数z＝1或z＝2，并根据下式计算透平单级理想焓降hs；



式中：
α为透平重热系数，取值范围为0～0.04；
Hs为步骤1.1)所得透平总理想焓降；
2)确定透平轮毂直径d；
2.1)根据下式计算透平静叶出口速度c1；



式中：
hs为步骤1.2)所得透平单级理想焓降；
Ω为叶型反动度，0≤Ω＜1；

为进口速度系数，取值范围为0.9～1；
2.2)根据下式计算轮毂平均直径dm；



式中：
n为透平的设计转速范围，取值间隔为30～50r/min；
u为透平圆周速度，
其中，c1为步骤2.1)所得透平静叶出口速度；
α1为静叶出口气流角度，取值范围为18～22°；
Ω是叶型反动度，0≤Ω＜1；
2.3)根据以下两式计算轮毂直径d；
d＝dm-l
A＝π(l2+dl)
式中：
dm为步骤2.2)所得轮毂平均直径；
l为动叶高度；
A为轮毂直径d与动叶高度l组成的环形通道面积；
反复调整d和l的取值，直至A满足透平的进排气参数要求；
2.4)根据n的取值范围和取值间隔，重复步骤2.2、2.3计算所对应的轮毂直径d取值范围，并对d值进行微调取整；
3)根据所选级数z，在轮毂直径d的取值范围内，核算高转速高炉煤气能量回收透平的最终轮毂直径和其他设计参数。


2.一种高转速高炉煤气能量回收透平，采用权利要求1所述设计方法进行设计，其特征在于：
所述透平级数、轮毂平均直径dm以及设计转速范围n之间满足以下要求：
透平级数为1级时，
透平级数为2级时，


3.根据权利要求2所述的高转速高炉煤气能量回收透平...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨刚，李宏安，陈余平，郑秀萍，陈红梅，杨岐平，张小龙，袁志才，周根标，杨星，汪传美，奚忠，强科，贾江平，严伟博，
申请(专利权)人：西安陕鼓动力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61